【技术实现步骤摘要】
本申请涉及增材制造，特别涉及一种激光选区熔化的同轴在线监测照明装置及增材制造设备。
技术介绍
1、激光选区熔化属于激光粉末床熔融增材制造技术，采用“离散-堆积”的成形原理，能够实现复杂结构件的快速成形。增材制造样件中难以避免的各类结构缺陷，严重限制了这一技术在高尖端领域的应用可靠性和适用性。在线光信号采集是一种较为普遍的监测技术，能够在增材制造过程中完成对工艺过程的实时监测。目前同轴图像采集主要聚焦飞溅数量、熔池面积和温度分布，而缺乏直观的熔池液滴和粉末颗粒的监测。这主要也受限于同轴监测的照明光源设计难题。
技术实现思路
1、本申请的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种激光选区熔化的同轴在线监测照明装置，通过同轴集成化照明光源的设置，避免了因扫描路径上不同位置的照明强度差异引起的图像采样效果变化的问题，能够解决相机的景深限制，可实现大区域的连续动态拍摄。
2、本申请还提出一种包括上述激光选区熔化的同轴在线监测照明装置的增材制造设备。
3、根据本申请第一方面实施例的激光选区熔化的同轴在线监测照明装置，包括：激光器、二向色镜、振镜、场镜、光源模块、高速相机和打印腔；
4、所述打印腔包括粉末床，所述粉末床用于形成熔池和打印样件；
5、所述激光器用于射出激光光束，所述振镜和所述场镜配合设置，沿光束方向所述二向色镜、所述振镜和所述场镜、所述熔池依次设置；
6、所述二向色镜用于将所述熔池的回溯光源反射至所
7、所述高速相机和所述光源模块同轴设置，所述光源模块包括主镜、凹透镜、副镜和平面反射镜，沿光源进入所述光源模块的方向所述主镜、所述凹透镜、所述副镜依次设置；
8、其中，所述副镜设置为双曲面结构的半反半透镜，所述平面反射镜用于将所述副镜的凹面焦点处汇聚的光反射至所述高速相机。
9、根据本申请的第一方面实施例的激光选区熔化的同轴在线监测照明装置，至少具有如下有益效果：通过设计同轴照明光源，可以保证照明区域与动态监测区域高度重合，减小需要的功率，基于熔池的回溯光源和工作激光同路径，在照明模块中，副镜创新的采用了双曲半反半透镜面结构设计，溯辐射信号光通过主镜和双曲面副镜，最终在副镜的凹面焦点处汇聚，并通过平面反射镜在高速相机的聚焦平面聚焦，实现最终清晰的熔池图像采集和大区域的连续动态拍摄，且照明光源布置结构紧凑，无需内置入密封打印腔中，能有效减少结构上的限制和空间要求。
10、根据本申请的第一方面实施例所述的激光选区熔化的同轴在线监测照明装置，还包括凸透镜和滤波片，所述凸透镜和所述滤波片设置在所述平面反射镜和所述高速相机之间，所述平面反射镜用于将所述副镜汇聚的光反射，并依次经过所述凸透镜和所述滤波片后，在所述高速相机的聚焦平面聚焦。
11、根据本申请的第一方面实施例所述的激光选区熔化的同轴在线监测照明装置，所述滤波片的带通波长为450nm±5nm。
12、根据本申请的第一方面实施例所述的激光选区熔化的同轴在线监测照明装置，所述二向色镜适于对波段为750nm-950nm的光进行反射，并对波段为1050nm-1500nm的光透射。
13、根据本申请的第一方面实施例所述的激光选区熔化的同轴在线监测照明装置，所述副镜采用反射透射比r:t为7:3的双曲面半反半透镜结构。
14、根据本申请的第一方面实施例所述的激光选区熔化的同轴在线监测照明装置，所述激光器采用可调节的5w-450nm激光照明光源。
15、根据本申请的第一方面实施例所述的激光选区熔化的同轴在线监测照明装置，还包括设置在所述激光器上的准直器，所述激光器通过所述准直器射出激光。
16、根据本申请的第一方面实施例所述的激光选区熔化的同轴在线监测照明装置，设所述主镜的焦距为f，所述主镜的直径为d1，相对口径为q；
17、则所述副镜的直径d2为：
18、
19、设所述副镜的近点焦距为l，所述主镜和所述副镜之间的距离为d，光源到所述主镜的距离为δ；所述凹透镜的焦距为f0，空间分布上所述凹透镜的焦点与所述副镜远端的焦点重合；
20、则所述副镜的遮光比α为：
21、
22、此时，光源的放大率a，即为出射照明激光光源直径与汇入激光工作光路时光斑直径的比值：
23、
24、根据上述光路设计对光学器件的圆锥系数进行选择，并对像差等成像效果进行分析。
25、根据本申请的第一方面实施例所述的激光选区熔化的同轴在线监测照明装置，所述主镜的焦距f为160mm，所述主镜的直径d1为30mm，取相对口径q为3，所述副镜的直径d2为10mm；
26、所述副镜的近点焦距l为30mm，所述主镜和所述副镜之间的距离d为110mm，光源到所述主镜的距离δ为40mm，所述副镜的遮光比α为0.187，光源的放大率a为5。
27、根据本申请第二方面实施例的增材制造设备，包括：如本申请的第一方面实施例所述的激光选区熔化的同轴在线监测照明装置。
28、不难理解，本申请第二方面实施例中的增材制造设备，具有如前所述第一方面实施例中的激光选区熔化的同轴在线监测照明装置的技术效果，因而不再赘述。
29、本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
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1.一种激光选区熔化的同轴在线监测照明装置，其特征在于，包括：激光器、二向色镜、振镜、场镜、光源模块、高速相机和打印腔；
2.根据权利要求1所述的激光选区熔化的同轴在线监测照明装置，其特征在于：还包括凸透镜和滤波片，所述凸透镜和所述滤波片设置在所述平面反射镜和所述高速相机之间，所述平面反射镜用于将所述副镜汇聚的光反射，并依次经过所述凸透镜和所述滤波片后，在所述高速相机的聚焦平面聚焦。
3.根据权利要求2所述的激光选区熔化的同轴在线监测照明装置，其特征在于：所述滤波片的带通波长为450nm±5nm。
4.根据权利要求1所述的激光选区熔化的同轴在线监测照明装置，其特征在于：所述二向色镜适于对波段为750nm-950nm的光进行反射，并对波段为1050nm-1500nm的光透射。
5.根据权利要求1所述的激光选区熔化的同轴在线监测照明装置，其特征在于：所述副镜采用反射透射比R:T为7:3的双曲面半反半透镜结构。
6.根据权利要求1所述的激光选区熔化的同轴在线监测照明装置，其特征在于：所述激光器采用可调节的5W-450nm激光照
7.根据权利要求6所述的激光选区熔化的同轴在线监测照明装置，其特征在于：还包括设置在所述激光器上的准直器，所述激光器通过所述准直器射出激光。
8.根据权利要求1至7任一项所述的激光选区熔化的同轴在线监测照明装置，其特征在于：
9.根据权利要求8所述的激光选区熔化的同轴在线监测照明装置，其特征在于：所述主镜的焦距f为160mm，所述主镜的直径D1为30mm，取相对口径q为3，所述副镜的直径D2为10mm；
10.一种增材制造设备，其特征在于，包括：如权利要求1至9任一项所述的激光选区熔化的同轴在线监测照明装置。
...【技术特征摘要】
1.一种激光选区熔化的同轴在线监测照明装置，其特征在于，包括：激光器、二向色镜、振镜、场镜、光源模块、高速相机和打印腔；
2.根据权利要求1所述的激光选区熔化的同轴在线监测照明装置，其特征在于：还包括凸透镜和滤波片，所述凸透镜和所述滤波片设置在所述平面反射镜和所述高速相机之间，所述平面反射镜用于将所述副镜汇聚的光反射，并依次经过所述凸透镜和所述滤波片后，在所述高速相机的聚焦平面聚焦。
3.根据权利要求2所述的激光选区熔化的同轴在线监测照明装置，其特征在于：所述滤波片的带通波长为450nm±5nm。
4.根据权利要求1所述的激光选区熔化的同轴在线监测照明装置，其特征在于：所述二向色镜适于对波段为750nm-950nm的光进行反射，并对波段为1050nm-1500nm的光透射。
5.根据权利要求1所述的激光选区熔化的同轴在线监测照...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨永强，周瀚翔，宋长辉，刘子彬，严仲伟，邰志恒，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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